Android编程-Kotlin AES加密

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一、前言

        最近工作上写的东西比较简单,感觉分享不出来,最近刚好看到数据加密这一块,感觉挺不错的,也挺好用的,所以下面分享给大家!

二、原理介绍

        首先,在Android里面,了解到的数据加密有三种,分别是MD5、AES还有RSA,在进行实际的开发过程中,一般是几种加密方式配合使用,这样加密效果会更好,被破解的概率会越小。在这里呢,想给大家简单讲下最近学的AES加密。
AES(Advanced Encryption Standard)加密是一种高级加密标准,是一种区块加密标准。它是一个对称密码,就是说加密和解密用相同的密钥。WPA/WPA2经常用的加密方式就是AES加密算法。

这里先发送方,我们把需要发送的数据P,这里叫明文P,通过密钥K进行加密,变成密文C,此时就变成你用AES加密后的一串数据了,这个数据你可以发到需要用到的地方,可以通过网络传输;另一接收方,接收到这一串数据是看不出什么信息的,此时,我们通过加密时同样的密钥对密文C进行AES解密,这样就可以得到加密前的明文P。在这传输数据的过程中,数据是以一串你设定好的类型显示的,我这边用到的是加密成16进制类型。
注意:解密时,要用加密时用的密钥K去解密,不然得不到正确的结果。

基本的加密过程就是这样的,下面先把AES工具类写出来:

class AESUtils {
  private val SHA1PRNG = "SHA1PRNG" // SHA1PRNG 强随机种子算法, 要区别4.2以上版本的调用方法
  private val IV = "qws871bz73msl9x8"
  private val AES = "AES" //AES 加密
  private val CIPHERMODE = "AES/CBC/PKCS5Padding" //algorithm/mode/padding

  /**
   * 加密
   */
  fun encrypt(key: String, cleartext: String): String? {
    if (TextUtils.isEmpty(cleartext)) {
      return cleartext
    }
    try {
      val result = encrypt(key, cleartext.toByteArray())
      return parseByte2HexStr(result)
    }
    catch (e: Exception) {
      e.printStackTrace()
    }
    return null
  }

  /**
   * 加密
   */
  @Throws(Exception::class)
  fun encrypt(key: String, clear: ByteArray?): ByteArray {
    val raw = getRawKey(key.toByteArray())
    val skeySpec = SecretKeySpec(raw, AES)
    val cipher: Cipher = Cipher.getInstance(CIPHERMODE)
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, IvParameterSpec(ByteArray(cipher.blockSize)))
    return cipher.doFinal(clear)
  }

  /**
   * 解密
   */
  fun decrypt(key: String, encrypted: String): String? {
    if (TextUtils.isEmpty(encrypted)) {
      return encrypted
    }
    try {
      val enc = parseHexStr2Byte(encrypted)
      val result = decrypt(key, enc)
      return String(result)
    }
    catch (e: Exception) {
      e.printStackTrace()
    }
    return null
  }

  /**
   * 解密
   */
  @Throws(Exception::class)
  fun decrypt(key: String, encrypted: ByteArray?): ByteArray {
    val raw = getRawKey(key.toByteArray())
    val skeySpec = SecretKeySpec(raw, AES)
    val cipher: Cipher = Cipher.getInstance(CIPHERMODE)
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, IvParameterSpec(ByteArray(cipher.blockSize)))
    return cipher.doFinal(encrypted)
  }

  /**
   * 生成随机数,可以当做动态的密钥
   * 加密和解密的密钥必须一致,不然将不能解密
   */
  fun generateKey(): String? {
    try {
      val secureRandom: SecureRandom = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG)
      val key = ByteArray(20)
      secureRandom.nextBytes(key)
      return toHex(key)
    }
    catch (e: NoSuchAlgorithmException) {
      e.printStackTrace()
    }
    return null
  }

  /**
   * 对密钥进行处理
   */
  @Throws(Exception::class)
  fun getRawKey(seed: ByteArray?): ByteArray {
    val kgen: KeyGenerator = KeyGenerator.getInstance(AES)
    //for android
    var sr: SecureRandom? = null
    // 在4.2以上版本中,SecureRandom获取方式发生了改变
    //crypto 加密
    sr = if (Build.VERSION.SDK_INT >= 17) {
      SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG, CryptoProvider())
    }
    else {
      SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG)
    }
    // for Java
    // secureRandom = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
    sr.setSeed(seed)
    kgen.init(128, sr) //256 bits or 128 bits,192bits
    //AES中128位密钥版本有10个加密循环,192比特密钥版本有12个加密循环,256比特密钥版本则有14个加密循环。
    val skey: SecretKey = kgen.generateKey()
    return skey.getEncoded()
  }

  /**
   * 二进制转字符
   */
  private fun toHex(buf: ByteArray?): String? {
    if (buf == null) return ""
    val result = StringBuffer(2 * buf.size)
    for (i in buf.indices) {
      appendHex(result, buf[i])
    }
    return result.toString()
  }

  private fun appendHex(sb: StringBuffer, b: Byte) {
    sb.append(IV[b.toInt() shr 4 and 0x0f]).append(IV[b.toInt() and 0x0f])
  }

  /**
   * 将二进制转换成16进制
   *
   * @param buf
   * @return
   */
  private fun parseByte2HexStr(buf: ByteArray): String? {
    val sb = StringBuilder()
    for (i in buf.indices) {
      var hex = Integer.toHexString(buf[i].toInt() and 0xFF)
      if (hex.length == 1) {
        hex = "0$hex"
      }
      sb.append(hex.toUpperCase(Locale.ROOT))
    }
    return sb.toString()
  }

  /**
   * 将16进制转换为二进制
   *
   * @param hexStr
   * @return
   */
  private fun parseHexStr2Byte(hexStr: String): ByteArray? {
    if (hexStr.isEmpty()) return null
    val result = ByteArray(hexStr.length / 2)
    for (i in 0 until hexStr.length / 2) {
      val high = hexStr.substring(i * 2, i * 2 + 1).toInt(16)
      val low = hexStr.substring(i * 2 + 1, i * 2 + 2).toInt(16)
      result[i] = (high * 16 + low).toByte()
    }
    return result
  }
}
很多人看到一整块看不懂的代码都不想看,我给大家分开解释下

/**
   * 加密
   */
  fun encrypt(key: String, cleartext: String): String? {
    if (TextUtils.isEmpty(cleartext)) {
      return cleartext
    }
    try {
      val result = encrypt(key, cleartext.toByteArray())
      return parseByte2HexStr(result)
    }
    catch (e: Exception) {
      e.printStackTrace()
    }
    return null
  }

  /**
   * 加密
   */
  @Throws(Exception::class)
  fun encrypt(key: String, clear: ByteArray?): ByteArray {
    val raw = getRawKey(key.toByteArray())
    val skeySpec = SecretKeySpec(raw, AES)
    val cipher: Cipher = Cipher.getInstance(CIPHERMODE)
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, IvParameterSpec(ByteArray(cipher.blockSize)))
    return cipher.doFinal(clear)
  }

当我们要加密数据时,就调用第一个encrypt(key: String, cleartext: String),把密钥key和需要加密的数据明文cleartext传进去,假如数据是空的,直接返回空,接下来调用第二个encrpty(key: String, clear: ByteArray?),这个是经过一系列过程将数据生成二进制数组,在把这个生成的二进制数组通过设定好的parseByte2HexStr(buf: ByteArray)转成16进制的字符串

private fun appendHex(sb: StringBuffer, b: Byte) {
    sb.append(IV[b.toInt() shr 4 and 0x0f]).append(IV[b.toInt() and 0x0f])
  }
  /**
   * 将二进制转换成16进制
   *
   * @param buf
   * @return
   */
  private fun parseByte2HexStr(buf: ByteArray): String? {
    val sb = StringBuilder()
    for (i in buf.indices) {
      var hex = Integer.toHexString(buf[i].toInt() and 0xFF)
      if (hex.length == 1) {
        hex = "0$hex"
      }
      sb.append(hex.toUpperCase(Locale.ROOT))
    }
    return sb.toString()
  }
就这样得到加密后的16进制字符串,此时加密过程已完成。
下面讲下解密过程
/**
   * 解密
   */
  fun decrypt(key: String, encrypted: String): String? {
    if (TextUtils.isEmpty(encrypted)) {
      return encrypted
    }
    try {
      val enc = parseHexStr2Byte(encrypted)
      val result = decrypt(key, enc)
      return String(result)
    }
    catch (e: Exception) {
      e.printStackTrace()
    }
    return null
  }

  /**
   * 解密
   */
  @Throws(Exception::class)
  fun decrypt(key: String, encrypted: ByteArray?): ByteArray {
    val raw = getRawKey(key.toByteArray())
    val skeySpec = SecretKeySpec(raw, AES)
    val cipher: Cipher = Cipher.getInstance(CIPHERMODE)
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, IvParameterSpec(ByteArray(cipher.blockSize)))
    return cipher.doFinal(encrypted)
  }
这一块,跟加密过程是类似的,不同的是parseHexStr2Byte(hexStr: String)
/**
   * 将16进制转换为二进制
   *
   * @param hexStr
   * @return
   */
  private fun parseHexStr2Byte(hexStr: String): ByteArray? {
    if (hexStr.isEmpty()) return null
    val result = ByteArray(hexStr.length / 2)
    for (i in 0 until hexStr.length / 2) {
      val high = hexStr.substring(i * 2, i * 2 + 1).toInt(16)
      val low = hexStr.substring(i * 2 + 1, i * 2 + 2).toInt(16)
      result[i] = (high * 16 + low).toByte()
    }
    return result
  }

这里是将得到加密的16进制数据转成二进制,再通过decrypt(key: String, encrypted: ByteArray?),把解密结果转成字符串类型,得到开始加密的明文。至此,基本加密解密流程就是这样。

三、如何调用呢?

我这边写了一个简单的demo,直接上代码 activity:

private var aes = AESUtils()
 private var PASSWORD_STRING = aes.generateKey()?:"qws871bz73msl9x8"

   override fun initView() {
   encrypt.setOnClickListener(this)
   decrypt.setOnClickListener(this)
 }
 //加密
 private fun encrypt(){
   var inputString:String? = ase_input.text.toString().trim()
   if (inputString?.length == 0){
     Toast.makeText(this,"请输入加密的内容",Toast.LENGTH_LONG).show()
     return
   }
   var encryStr = aes.encrypt(PASSWORD_STRING,inputString?:"")
   show_ase_encrypt.text = encryStr
 }

 //解密
 private fun decrypt(){
   var inputString:String? = show_ase_encrypt.text.toString().trim()
   if (inputString?.length == 0){
     Toast.makeText(this,"请输入加密的内容",Toast.LENGTH_LONG).show()
     return
   }
   var decryStr = aes.decrypt(PASSWORD_STRING,inputString?:"")
   show_oringe_encrypt.text = decryStr
 }

 override fun onClick(v: View?) {
   when(v?.id){
     R.id.encrypt -> encrypt()
     R.id.decrypt -> decrypt()
   }
 }
layout:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
android:id="@+id/activity_main"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:orientation="vertical">

<EditText
 android:id="@+id/ase_input"
 android:layout_width="match_parent"
 android:layout_height="wrap_content"
 android:hint="输入要加密的内容"
 app:layout_constraintTop_toTopOf="parent"/>

<Button
 android:id="@+id/encrypt"
 android:layout_width="wrap_content"
 android:layout_height="wrap_content"
 android:text="点击进行ASE加密" 
 app:layout_constraintTop_toBottomOf="@id/ase_input"
 app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"/>

<TextView
 android:id="@+id/show_ase_encrypt"
 android:layout_width="match_parent"
 android:layout_height="wrap_content"
 android:layout_marginTop="10dp"
 android:text="显示加密后的内容" 
 app:layout_constraintTop_toBottomOf="@id/encrypt"/>

<Button
 android:id="@+id/decrypt"
 android:layout_width="wrap_content"
 android:layout_height="wrap_content"
 android:text="点击进行ASE解密" 
 app:layout_constraintTop_toBottomOf="@id/show_ase_encrypt"
 app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"/>

<TextView
 android:id="@+id/show_oringe_encrypt"
 android:layout_width="match_parent"
 android:layout_height="wrap_content"
 android:layout_marginTop="10dp"
 android:text="显示加密后的内容" 
 app:layout_constraintTop_toBottomOf="@id/decrypt"/>

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

四、补充

  @Throws(Exception::class)
  fun getRawKey(seed: ByteArray?): ByteArray {
    val kgen: KeyGenerator = KeyGenerator.getInstance(AES)
    //for android
    var sr: SecureRandom? = null
    // 在4.2以上版本中,SecureRandom获取方式发生了改变
    //crypto 加密
    sr = if (Build.VERSION.SDK_INT >= 17) {
      SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG, CryptoProvider())
    }
    else {
      SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG)
    }
    // for Java
    // secureRandom = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
    sr.setSeed(seed)
    kgen.init(128, sr) //256 bits or 128 bits,192bits
    //AES中128位密钥版本有10个加密循环,192比特密钥版本有12个加密循环,256比特密钥版本则有14个加密循环。
    val skey: SecretKey = kgen.generateKey()
    return skey.getEncoded()
  }

对密钥进行处理时,网上看到了有些写着SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG, “Crypto”),这个只用于Android 7以及之前的版本,Android 7之后就把相关的 Crypto provider 和 SHA1PRNG 算法同时废弃掉了,并计划在后续的 SDK 中完全移除相关的库。
这里增加了的CryptoProvider类

class CryptoProvider : Provider("Crypto",1.0,"HARMONY (SHA1 digest; SecureRandom; SHA1withDSA signature)") {
  init {
    put("SecureRandom.SHA1PRNG", "org.apache.harmony.security.provider.crypto.SHA1PRNG_SecureRandomImpl")
    put("SecureRandom.SHA1PRNG ImplementedIn", "Software")
  }
}

五、总结

本章只讲解我对AES加密的理解与运用,后续会补上MD5以及RSA其他两种方法。有些的不好,或理解错的地方,大牛轻拍 = =

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